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《基于數(shù)字圖像處理的摻氣濃度測量研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、第28卷第11期長江科學(xué)院院報(bào)V01．28No．1l2011年11月JournalofYaIlgtzeRiverScientificResearchInstituteNov．2011文章編號：1001—5485(2011)11—0047—05基于數(shù)字圖像處理的摻氣濃度測量研究李靜，周赤，姜伯樂(長江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢430010)摘要：通過試驗(yàn)室研究，借助高速數(shù)碼攝像機(jī)，結(jié)合面向?qū)ο蟮腣C高級編程技術(shù)，開發(fā)摻氣濃度圖像分析軟件，提出一種自動識別水氣二相流中氣泡的數(shù)字圖像處理方法，并進(jìn)一步給出計(jì)算二維、瞬時(shí)摻氣濃度場的算法。圖像處理技
2、術(shù)與水氣兩相流實(shí)測研究相結(jié)合的嘗試和探索，體現(xiàn)了多學(xué)科的交叉。研究成果將提高對高速水流摻氣機(jī)理的認(rèn)識，為今后進(jìn)一步深入研究圖像處理技術(shù)在水流流場特別是高速水氣兩相流流場測量中的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)，對提高摻氣濃度的測量水平和精度，進(jìn)而提高水力模型試驗(yàn)水平、滿足工程設(shè)計(jì)要求等都具有較高的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：摻氣濃度；閾值分割；迭代法；OTSU法；局部動態(tài)閾值中圖分類號：TV131．2；TP751文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A孔跌坎摻氣設(shè)施后水流摻氣圖像，對應(yīng)用圖像處理技術(shù)測量分析水流摻氣濃度的方法進(jìn)行了探討。1概述摻氣濃度是摻氣水流中的一項(xiàng)重要的水力
3、參2模型簡介數(shù)。利用水流摻氣后電阻值的變化來測量摻氣濃度某工程泄洪深孔單孔水工模型長度比尺為25，的方法，長期以來在實(shí)驗(yàn)室和原型觀測中得到廣泛深孑L體型見圖1。研究水流摻氣濃度的區(qū)域在樁號應(yīng)用?。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單方便，測量探頭置于溢20+32．525，高程約90nl附近，拍攝照片大小為流壁面時(shí)，對水流無干擾并可應(yīng)用于原型近壁水流1276×1020像素，模型范圍16．61cln×13．27cm，摻氣濃度的測量；缺點(diǎn)是對影響水體電阻變化的水換算為原型4．15m×3．32m。高速攝像的拍攝頻溫、含沙量等因素較難區(qū)別。目前試驗(yàn)室常用的摻率1／10
4、40。試驗(yàn)測試3組上游水位：135，145，氣濃度測量設(shè)備還有針式摻氣流速儀，它利用摻氣155In，對應(yīng)研究區(qū)域流速范圍為6～12m／s。拍攝探針直接檢測水中的氣泡信號，可以測量完整的摻光源采用影視燈，試驗(yàn)時(shí)，基本保證無陰影，照度均氣濃度場和流速場，分析摻氣水流的氣泡尺寸及其勻，各處的對比度基本相同。概率分布J，其不足是會對流場造成干擾，而且只能進(jìn)行逐點(diǎn)測量。應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，通過圖像分析直觀地計(jì)算摻氣濃度，可以彌補(bǔ)上述缺陷j。圖像處理技術(shù)可應(yīng)用于摻氣濃度測量的一個(gè)關(guān)鍵因素是：由于氣泡反射光要比水的反射光強(qiáng)，
5、在一幅圖像上將出現(xiàn)不同的灰度級，從而為采用閾值法識別圖像中的氣泡和水成為可能，試驗(yàn)證明：只要圖像的質(zhì)量保證，就可以在誤差允許的單位：m范圍內(nèi)采用閾值分割技術(shù)識別氣泡和水，從而進(jìn)一圖1某工程泄洪深孔跌坎摻氣設(shè)施布置圖步計(jì)算摻氣濃度。這種方法可以在很短的時(shí)間內(nèi)集Fig．1Layoutofthesteppedairentrainmentdeviceat中研究一幅有大量氣泡的圖像且可以同時(shí)研究大量thedeepoutletforflooddischargeofaproject的圖像。本文利用高速攝像儀，采集某工程泄洪深收稿日期：2010—12-0
6、9基金項(xiàng)目：中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助(YWF1009)作者簡介：李靜(1976．)，女，湖北武漢人，高級工程師，博士，主要從事工程水力學(xué)、生態(tài)及環(huán)境水力學(xué)方面的研究，(電話)13545277657(電子信箱)lijingmail@rosa．corn。48長江科學(xué)院院報(bào)采用數(shù)字圖像數(shù)據(jù)處理步驟如下：①圖像采集；化過程中主要采用迭代法和最大類問方差法進(jìn)行對②圖像灰度化；③閾值分割二值化；④統(tǒng)計(jì)氣泡所比。占比例，分別計(jì)算大于閾值灰度的像素總數(shù)口和小于3．1迭代法閾值灰度的像素總數(shù)b；⑤求摻氣濃度C=a／(a+6)。迭代法是基于逼近
7、的思想，其步驟如下：(1)求出圖像的最大灰度值和最小灰度值，分3圖像處理別記為和Ri，令閾值T=(尺+Ri)／2。(2)根據(jù)閾值71將圖像的平均灰度值分成2組圖像處理最基本的問題是閾值分割。其目的是R1和R2。按照灰度級，將圖像空間劃分成與現(xiàn)實(shí)景物相對應(yīng)(3)分別求出2組的平均灰度值和／x：。的區(qū)域。在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中，圖像可視為由具有不(4)求出新閾值T=(／x+2)／2。同灰度級的兩類區(qū)域(目標(biāo)和背景)組成。此時(shí)，可循環(huán)做第2步到第4步，一直到前后2組的平從灰度級圖像出發(fā)，選取一個(gè)合適的閩值，以確定每均灰度值的改變可忽略，就獲得了所需要
8、的閾值。一圖像點(diǎn)應(yīng)屬于目標(biāo)還是背景區(qū)域，從而產(chǎn)生相應(yīng)3．2最大類間方差法(OTSU法)的二值圖像。通常該過程稱之為二值化，就是指圖OTSU方法被認(rèn)為是分割效果最優(yōu)的方法之一。像上所有點(diǎn)的灰度值
